В 1611 году Галилей приехал в Рим, чтобы продемонстрировать ордену иезуитов свои изыскания. Он был принят благосклонно, и вскоре Римский колледж (научная штаб-квартира ордена) стал центром астрономических исследований. Тем не менее идеи Галилея шли вразрез с церковной доктриной. По совету иезуитов Рим временно приостанавливает выход его новой книги «Диалог о двух системах мира» под тем предлогом, что церковные догматы нужно привести в соответствие с новыми открытиями. Однако Галилей был непреклонен и издал книгу, проигнорировав мнение церкви. За свое упрямство он поплатился пожизненным домашним заточением и запретом на публикации.
Парадоксально, но человеком, который усовершенствовал телескоп и увидел намного больше Галилея, был иезуит по имени Кристоф Шайнер, преподававший математику и иврит в университете Ингольштадта. Он также наблюдал пятна на Солнце и полагал, что это маленькие планеты. В отличие от телескопа Галилея, который был всего фут в длину, имел одну вогнутую и одну выпуклую линзу и довольно слабое увеличение (в окуляре помещалась половина диска Луны), прибор Шайнера был совершеннее. Шайнер использовал сильную выпуклую линзу в окуляре и более слабую на конце трубы. Фокусное расстояние телескопа составляло шестьдесят сантиметров, он давал четкое, хотя и перевернутое изображение. По мере увеличения фокусного расстояния усиливалось оптическое увеличение телескопа — практически до бесконечности. В результате появились приборы 131 — 199 длиной до пятидесяти метров, подвешенные на блоках и канатах. Несмотря на то что такие махины колыхались от малейшего дуновения ветра, именно они в XVII веке позволили астрономам увидеть лýны 132 — 84 , 252 и кольца Сатурна, «каналы» на Марсе (их обнаружил Шайнер) и пояса Юпитера. Один французский астроном планировал даже построить телескоп длиной в триста метров, чтобы искать на поверхности Луны животных.
Новые телескопы сделали безопаснее морские путешествия. Астрономы (например, француз Кассини) зафиксировали точное положение спутников Юпитера в определенные часы и внесли уточнения в навигационные звездные таблицы. В путешествии такие таблицы служили для определения положения тел на небосводе в определенное время, которое затем сопоставляли с положением этих же светил в это же время в исходной точке. Разница в данных показывала, как далеко на запад или восток продвинулось судно. Для таких наблюдений была крайне важна точность — поскольку Земля оборачивается вокруг оси со скоростью пятнадцать морских миль в минуту, погрешность всего в одну угловую минуту означала ошибку величиной в эти самые пятнадцать миль. В условиях плохой видимости в море корабль мог запросто промахнуться мимо цели.
Еще больше осложнила дело экспедиция французов в район Кайенны в экваториальной области Южной Америки. Астрономы заметили, что там маятник их напольных часов колеблется с меньшей амплитудой, чем в родном Париже. Ученые сделали вывод, что вес маятника на экваторе меньше, а если это было действительно так, значит Земля — не является идеальной сферой, поскольку на идеальной сфере сила тяжести должна быть постоянной в любой точке. Изменившееся поведение маятника и его меньший вес они объясняли теорией, согласно которой поверхность планеты опиралась на колонны, сходящиеся к центру, в районе экватора эти колонны были менее плотными и создавали меньшее притяжение. А чем меньше плотность колонн, тем они выше. Это значило, что диаметр Земли на экваторе больше, чем на полюсах.
Сторонники традиционных представлений о правильной форме Земли не могли принять такой аргументации, и закипели споры. Ньютон и англичане придерживались теории, что Земля имеет форму сплюснутого у полюсов сфероида, французские же ученые не разделяли этого мнения. Вопрос имел не только академический интерес — если представления о Земле, как о правильной сфере, ошибочны, то ошибочны и карты, а следовательно, навигация по таким картам не точна и даже опасна. Масла в огонь подлил случай, когда по пути из Гибралтара из-за неточных карт в тумане у островов Силли разбились все корабли адмирала Клаудсли Шовелла 133 — 283 . Тогда погибли две тысячи человек, включая самого адмирала.
Оставался только один способ разрешить спор (а заодно и проблему с картами) — требовалось установить, какому расстоянию соответствует градус на экваторе и градус на дальнем севере. В 1736 году французский ученый ла Кондамин отравился в Перу, а годом позже группа во главе с Мопертюи отбыла в Лапландию. Методика Мопертюи состояла в следующем: высчитав с максимальной точностью местоположение по звездам в первом пункте в определенное время суток, он двигался на север до тех пор, пока положение одной из звезд в это время суток не менялось на градус, и замерял пройденное расстояние.
Задача только кажется простой, на практике же процесс был сопряжен с массой трудностей, и прежде всего была необходима высочайшая точность измерений. Перед экспедицией он отправился в Лондон (технологическую Мекку того времени) и приобрел трехметровый телескоп с высокоточным микрометровым винтом и тончайшей визирной сеткой из серебряных нитей. Чтобы компенсировать перепады температур во время путешествия, телескоп был установлен на пружинное основание. Еще Мопертюи обзавелся маятниковыми часами самой последней модели.
С помощью этого инструментария Мопертюи установил, что один градус в Лапландии длиннее одного градуса во Франции, а вернувшаяся в 1738 году перуанская экспедиция поведала, что на экваторе градус и того короче. Англичане оказались правы. Пришло время чертить новые карты.
У англичан был еще один повод для радости: приборы, которые сослужили в Лапландии такую хорошую службу, изготовил выдающийся мастер Джордж Грэм. Славу ему принесло усовершенствование спускового механизма маятниковых часов. Часы приводились в движение весом груза, который подвешивался на шнур или цепь. Груз медленно опускался и вращал ходовую шестерню, которую с равными промежутками времени стопорил анкерный механизм. Он представлял собой выгнутую вверх металлическую дугу с двумя зубцами (они называются палетами) с каждой стороны шестерни. К этой дуге и крепился маятник. С каждым колебанием маятника одна из палет по очереди входила в зацепление с шестерней, а вторая отклонялась. В тот момент цикла маятника, когда зубчатое колесо шестерни было свободно, оно проворачивалось под действием груза. Когда маятник отклонялся в обратную сторону, в зацепление входила вторая палета, а первая высвобождалась.
Для поборников точности измерений большую проблему представлял тот факт, что маятник мог иногда колебаться неравномерно. Когда это случалось, анкерный спусковой механизм давал сбои, что приводило к отставанию часов. Это было совершенно неприемлемо для астрономических наблюдений, где даже незначительная погрешность во времени означала ошибку в расчетах.
Этот недостаток анкерного механизма Грэм и устранил. Все, что он сделал, — добился того, чтобы во время неравномерных колебаний маятника палеты не задерживали равномерного хода шестерни. Нововведение называлось «ход с покоем». Суть его была в форме палет. Когда шестерня проворачивалась, ее зубец упирался в плоскую поверхность палеты и колесо фиксировалось. При очередном колебании маятника вторая, изогнутая, поверхность с другой стороны палеты подталкивала зубец шестерни. Таким образом шестерня надежно фиксировалась. Стрелки часов двигались равномерно с постоянной скоростью, что делало их намного более точным механизмом и весьма помогло Мопертюи в его работе.
Усовершенствованный часовой механизм повлиял на отношение к точному времени во всех сферах жизни, которое в том числе сказалось на управлении городским хозяйством и органах власти в быстрорастущих промышленных городах XIX века. В новых зданиях ратуш и муниципалитетов часто устраивались башни с часами. Это породило новую проблему. В механизме скапливался помет летучих мышей, смазка, сдобренная пылью и грязью, на стрелках часов собирался снег и намерзала наледь. Все это мешало исправной работе шестерен, палет и маятника и, естественно, сказывалось на точности хода.
